隧道工程毕业设计地铁

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参与我毕业设计答辩答辩题目：某市地铁C～X区间隧道施工组织设计

答辩人：XXXXXX班级：土木工程学号：XXXXX日期：200X-6-1011/60摘要本设计以某市地铁C~X区间岩土工程勘察报告为基础，按照有关规范对区间隧道进行构造设计和施工组织设计。考虑到本设计实际情况区间隧道采取浅埋暗挖法进行设计和施工。设计时采取整体圆形衬砌计算法来计算衬砌构造，施工采取降水先行再进行隧道开挖施工办法。另外，本设计还对地铁区间隧道穿越地裂缝和立交桥做了尤其研究和说明。2/60◆工程概况◆区间隧道设计情况简述◆区间隧道断面设计◆围岩压力及衬砌计算◆区间隧道衬砌构造防水设计◆区间隧道通风、给排水等辅助设施设计◆监测方案设计◆主要工程地质问题及处理措施上篇构造设计3/60一、工程概况C～X区间位于某市南二环长安路立交桥南北。区间隧道起讫YDK16+461.296～YDK17+355.444，全长894.148m，为左右线并行单洞隧道，左右线间距18m，隧道标准断面宽度为6.28m，特殊地质段断面宽度为7.8m。该区间线路地板标高介于389.18～395.00m之间，隧道地板最大埋深约25m。该区间隧道依次穿越南二环长安路立交桥、f6/f6’地裂缝、f7地裂缝、盖板暗河、好又多人行天桥等不良地质段和建（构）筑物，须严格控制地面沉降，设计施工难度大。4/60二、区间隧道设计情况简述设计思绪及计算模型主要设计根据主要设计标准工程地质5/602.1设计思绪及计算模型区间隧道设计思绪大体为：根据《岩土工程勘察报告》和《地铁设计规范》进行纵断面设计，再根据《地铁设计规范》进行限界确定，选择断面形式。本区间采取是马蹄形断面，再进行围岩压力和衬砌计算。最后进行防排水、通风等辅助设计。对于地裂缝段采取是加大断面尺寸增加变形缝来处理。6/60对于衬砌计算我设计步骤是：（1）按工程类比法和有关规范初步确定衬砌断面几何尺寸，（2）确定作用在衬砌构造上荷载，（3）进行力学计算，求出衬砌截面弯矩M和轴向力N等内力，确定危险截面，（4）验算危险截面。

计算模型为：由于该地铁区间处于饱和黄土层中，地层相对衬砌构造刚度较小，不足以约束衬砌构造变形，能够不考虑围岩对构造弹性反力，即采取积极荷载模型。7/602.2主要设计根据《地铁设计规范》（GB50157-2023）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2023）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2023）《XASHI地裂缝场地勘查与工程设计规程》（DBJ61-6－2023）《岩土工程勘察报告（C～X区间）》20238/602.3主要设计标准①地下构造中区间主要构件设计使用年限为123年，按设计年限为123年进行构造设计和耐久性设计。②地下铁道构造设计按《某市都市迅速轨道交通二号线工程场地地震安全性评定工作报告》选择对应设计基本地震参数进行抗震验算，并按地震设防烈度8度采取必要构造措施，主体构造抗震设防类别为乙类。③矿山法施工构造断面形状和衬砌形式，应根据围岩条件、使用要求、施工办法及断面尺寸等，从受力、围岩稳定和环境保护等方面综合考虑，合理确定。围岩分级可根据现行《铁路隧道设计规范》确定。9/60④区间隧道一般采取马蹄形断面，复合式衬砌，特殊情况下可采取直墙拱形构造。复合式衬砌外衬为早期支护，可由注浆加固地层、网喷支护与钢拱架等支护型式组成，内衬采取钢筋混凝土模筑衬砌，内外层衬砌之间铺设防水层。矿山法构造设计，应根据围岩和环境条件、构造埋深和断面尺寸等，通过选择合适开挖办法、辅助措施、支护形式及与之有关支护参数，达成保持围岩和支护稳定、合理利用围岩自承能力目标。计算中应根据围岩情况考虑衬砌与地层共同作用，施工期间早期支护承受除偶尔荷载外所有外荷载，有效期间二衬承受所有水土压力等外荷载。施工中应通过对围岩和支护动态监测，优化设计和施工参数。10/60⑤区间隧道采取矿山法施工时一般地段地面沉降量宜控制在30mm以内，隆起量控制在lOmm以内；当穿越主要建筑物或地下管线时，上述数值应按允许条件确定。

⑥采取浅埋暗挖法处理地裂缝，构造净空必须预留足够后期变形空间，采取构造形式应当能够适应地裂缝变形而不致引发构造破坏。构造设计应考虑地裂缝变形超限后处理措施。

⑦地下铁道构造中露天或迎土面混凝土构件环境类别为二b类，内部混凝土构件环境类别为一类。11/60⑧钢筋混凝土构造最大计算裂缝宽度允许值应根据构造类型、使用要求、所处环境和防水措施等原因确定。迎水面0.2mm，背水面0.3mm。

⑨某市地铁二号线区间隧道二衬与限界之间预留量为100mm，早期支护预留变形量为：单线隧道50mm，双线隧道80mm,大跨隧道120mm，地裂缝处理段加高、加宽按地裂缝活动变形量预留必要空间并应同步考虑施工误差、测量误差和构造变形。

⑩区间构造防水应满足国家颁布有关地下工程防水技术规范要求，防水设计应遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”标准，防水等级为二级。12/602.4工程地质水文地质本段区间地下水位埋深为6.7～10.90米，地下水位高程为401.35～405.28m米。地下水位处于区间顶板以上。地下水主要赋存于中、上更新统黄土、古土壤层中，含水层厚度20～70米。主要为第四系孔隙潜水。工程地质本段区间场地位于黄土梁洼区，地层自上而下依次为素填土，新黄土，老黄土，古土壤，粉质粘土。穿越地层自上而下依次为3-1-3新黄土、3-2-2古土壤、4-1-2老黄土。13/60三、区间隧道断面设计线路平面设计线路纵断面设计主要设计标准限界确定与断面形式选择14/603.1线路平面设计本设计为地铁区间隧道，因在两车站之间，线路长度较小，可不设曲线，采取直线。为减少对都市交通干扰和对机动车路面破坏，减少对沿线周围建筑路面破坏，将地铁线路布设于长安路下。15/603.2设线路纵断面设计本区间隧道线路纵坡根据《地铁设计规范》和《岩土工程勘察报告》设计如下：区间线路从草场坡站引出后以2‰上坡前行，而后转变成20‰下坡通过地裂缝F6/F6’段，转而采取18‰和3‰上坡（其中以3‰单面坡通过F7地裂缝），最后以2‰下坡进入小寨站。16/603.3限界确定与断面形式选择限界是确定行车轨道周围有关构筑物净空大小，是多种设备、管线互相安装位置根据，也是设计与施工必须共同遵守要求。同步限界也是确定断面净空根据。限界一般包括车辆限界、设备限界和建筑限界三种。对于地铁区间隧道其控制作用是设备限界和建筑限界。17/60

在实际设计中只要确定了车辆型号即可查阅《地铁设计规范》附录B´C得到多种限界。

某市地铁采取列车型号为B行列车，基本参数如下（单位：mm）：计算车辆长度19000，车辆高度3800，车辆最大宽度2800，车辆定距12600，转向架固定轴距2300，地板面距行走轨面高度1100，轨道最大超高120。

查阅规范可知某市地铁限界，由此可知区间隧道最小宽度为4700mm，高度为5130mm。18/60

在限界确定之后就要进行断面形式选择了。实际设计中只要确定了。

本区间隧道采取浅埋暗挖法施工，根据规范一般采取马蹄形断面，其几何形状一般为五心圆。详细断面尺寸根据限界和二衬与限界之间预留量来确定，结合本区间实际情况，隧道标准断面与二衬之间预留量为100mm，区间标准断面最大宽度为5100mm，高度为5330mm。对于地裂缝设防段（f6/f6’地裂缝设防段为YDK16+627.6～+702.6m共75m，其中部分作为长安立交设防段，f7地裂缝设防段为YDK17+217.7～+332.7共115m）加大二衬与限界之间预留量，参照地裂缝百年变形预留量取500mm，其断面最大宽度为6300mm，高度为5980mm。19/60四、围岩压力及衬砌计算围岩压力与早期支护参数设计二次衬砌计算20/604.1围岩压力与早期支护参数设计根据工程类比法同步参阅《铁路隧道设计规范》对早期支护参数假设如下：21/60初支喷射砼强度等级为C25。

在拱墙部设置直径25锚杆，锚杆长为L=3.5m，采取水泥砂浆锚杆，水灰比0.5，间距（环x纵）1x0.75m。

在拱脚设置锁脚锚管，以避免格栅钢架下沉，采取直径42钢焊管，长度3m。

22/60在围岩压力计算时需先判断深浅埋，根据判断本区间隧道为浅埋，围岩压力按铁路隧道设计规范推荐浅埋隧道围岩压力计算办法来确定围岩压力。在计算时不考虑水影响。

最后验算初支假设参数。根据计算初支假设参数合格。23/604.2二次衬砌计算二次衬砌目标在于提供安全储藏，承受静水压力，以及围岩蠕变或因围岩性质恶化和早期支护腐蚀后引发后续荷载。故在二次衬砌计算时可假定初支不存在，这样是偏于安全。采取“整体式圆形衬砌计算法”来计算衬砌构造，这种计算办法有如下假定：①地层不提供侧向弹性法力；②基地竖向反力按均布考虑，并根据精力平衡来计算其量值；③构造为弹性均质体。为了方便计算，在衬砌计算时采取等候圆法将马蹄形断面等候成圆形断面。A断面R=3350mm，G断面R=4200mm。24/60由于《地铁设计规范》没有要求采取暗挖法施工地铁区间隧道设计办法，本设计参照《铁路隧道设计规范》采取破损阶段和允许应力法来验算二衬。

根据工程类比，参照规范将二次衬砌参数假定为：A断面C30砼，厚350mm.G断面C30砼，厚450mm。

经计算以上假定参数可行。

详细衬砌参数见下列图：25/6026/6027/60五、区间隧道衬砌构造防水设计地下构造防水对其耐久性来说是一种非常主要原因，防水性好坏直接影响到地下构造使用寿命。对于地下构造防水措施应根据气候条件、工程地质和水文地质情况、构造特点、施工办法、构造形式、防水标准、使用要求和技术经济指标等原因综合考虑来确定。详细而言，地下构造防水应遵循“以防为主，多道防线，刚柔结合，因地制宜，综合治理”标准，以钢筋混凝土为主线，采取有效措施来提升混凝土密室性、抗裂行，加强变形缝、施工缝防水措施，目前采取匹配辅助防水措施，如在构造外侧或内侧设置防水卷材、防水板、防水涂膜或涂抹刚性防水剂、注浆等，以达成有效防水目标28/60区间隧道防水以结构自防水为主，采取防水混凝土，同时采取辅助防水措施，在初期支护与二次衬砌之间设置防水夹层，在施工缝位置设置背贴式止水带。

对于防水混凝土，初期支护采取C25S6，二次衬砌采取C30S8。初期支护与二次衬砌之间防水夹层采取PVC防水卷材，附加防水夹层采取能滞粘于隧道二衬高聚物改性沥青自粘卷材，单层使用厚度大于4mm。

区间变形缝每60m设一个，变形缝宽20mm；地裂缝设防端每10~15m设一个变形缝（F6/F6地裂缝段每10m设一个变形缝，F7地裂缝段每15m设一个变形缝）,变形缝宽50mm。29/60六、区间隧道通风防排水等辅助设施设计

6.1排水设计区间隧道内水主要来自构造渗水，消防及冲洗废水等。因此，在进行排水设计时主要考虑这几个水排出。本区间隧道排水采取排水沟，在区间隧道实际坡度低点（YDK16+783.7）设置排水泵站30/606.2给水设计区间隧道给水主要考虑消防用水。本设计在地铁区间上下行线各设置一根消防用给水管，在车站端和本站环状管网相接。给水管设置于人行通道边上。31/606.3照明设计地铁区间隧道照明主要考虑到列车在区间隧道运行中一旦出现事故能指导乘客离开隧道。本区间隧道每15米设应急照明灯一种32/606.4通风设计根据《地铁设计规范》要求，地铁区间通风应满足下列几个功能：第一，当列车在正常运行时，列车和乘客都产生大量热量，区间隧道通风应确保地铁区间内部空气环境在要求标准范围内；第二，当列车阻塞在区间隧道内时，应确保阻塞处有效通风功能；第三，当列车在区间隧道内发生火灾时，应具有防灾排烟，通风功能。根据《地铁设计规范》对应条款，“地铁隧道正常通风应采取活塞通风”，参照本区间隧道实际，采取活塞通风外加机械通风，机械通风设置5台轴流式风机。33/60七、监测方案设计由于都市地铁主要性和特殊性，尤其是西安地域地质情况，区间隧道洞内和地面检测显得尤为主要。对于地铁区间其检测目标在于：第一、检测围岩压力及变形情况，验证支护衬砌设计效果；第二，提供判断和支护基本稳定根据，确定二次衬砌施作时间；第三，通过检测，理解施工办法和施工伎俩科学性和合理性，方便及时调整施工办法，确保施工安全。34/60本区间隧道监测项目主要有：第一，洞内观测，观测开挖掌子面围岩情况和稳定状态及已施工地段隧道支护衬砌情况和构造安全性；第二，地表及有关建筑沉降，区间隧道上方受影响建筑物基础及主要管线上方布设水准观测点，定期量测施工期间地表变化情况。地面监测要尤其注意南二环长安立交F6/F6‘地裂缝段和F7地裂缝段，第三，拱顶位移；第四洞内收敛；第五，水位观测，在主要管线及建筑物附近设水位观测孔，监测施工对地下水位影响及水位涨落对建（筑）物不均匀沉降影响。

本区间隧道按新奥法理论设计，现场监控量测是监视围岩稳定，判断隧洞支护衬砌是否合理、施工办法是否正确主要伎俩，也是确保安全施工，提升经济效益主要条件，应贯通施工全过程。35/60八、主要工程地质问题及处理措施地裂缝地面沉降南二环长安立交桥

36/608.1地裂缝f6、f6′地裂缝发育于某市交大黄土梁南侧，西起南窑头村，向东经沙井村、祭台村、沙坡村至高楼村。1994年投入使用长安立交，目前由于地裂缝活动造成位错已达40cm。该地裂缝在地铁二号线附近出露于长安立交下，主裂缝f6发育于北侧，次裂缝f6′发育于南侧。二者相距约30～40m。地表破裂显著、连续，延伸距离较长，平面展布弯曲，向西延伸至朱雀路与南二环交叉路口。该段总体走向近东西，东侧穿过长安立交后沿NE55～65°方向延伸，进入草场坡村。地裂缝造成地面开裂显著，宽度10～20cm，主裂缝南盘与次裂缝北盘均产生显著下错。立交桥附近路缘及桥下柱基均产生了显著错动变形（30cm）。f7地裂缝分布于南郊乐游塬黄土梁南侧，西起西开发区，向东经银行学校、省委党校、小寨、观音庙、铁炉庙至陕西钢厂。出露长度约13Km，是西安地裂缝出露最长一条。80年代中后期活动强烈，最大活动速率达30mm/a。目前在地铁二号线附近地面破裂断续分布，主要在小寨西路中段、军区3号院内、开米广场南侧地下停车场入口处、长安大学小寨校区门前长安中路上出露。其中裂缝在小寨西路（军区3号院门前）造成地面开裂，路中绿化带处水泥路缘产生不均匀下沉，裂缝走向NE50°，宽度3～5cm；军区3号院内围墙开裂，裂缝走向东西；开米广场地下停车库入口处地面开裂，走向NE80°，宽度0.5cm；长安中路绿化带处水泥路缘产生不均匀下沉，向东延伸到某大学校区内。37/60对于地裂缝处理标准是：

(1)无论采取何种构造都不能仅采取通过加强构造刚度措施来抵抗地裂缝活动造成构造错位，而是需要构造能够一定程度适应地裂缝活动造成变形；

(2)本地裂缝活动造成构造变形时，防水不至于破坏或者破坏后能够采取措施给予补救；

(3)本地裂缝活动造成构造发生错位后仍能确保地铁正常运行所需要限界要求；

(4)道床设置需要能够灵活适应地裂缝活动造成构造偶尔或长期累积错位，而不至于影响列车正常运行；

(5)必须采取切实有效监控量测措施，以根据监测情况及时采取针对性措施防治也许出现地裂缝活动造成不良地质灾害。

38/60对于地裂缝本设计处理措施是：

①采取浅埋暗挖法来处理地裂缝，通过地裂缝地段隧道高度根据地铁建筑限界和估计地裂缝错百年估计量确定主变形区构造空间。f6/f6’,f7地裂缝均按500mm预留空间考虑；②由于地裂缝受力段围岩破碎，衬砌受力复杂，故地裂缝段砼强度需要提升，在地裂缝设防段砼中加铣削钢纤维，钢纤维参量为40kg/m3；③在地裂缝设防段，为了适应地裂缝变形，每10~15m设变形缝一种，以减少内力，变形缝宽5cm。

39/608.2地面沉降某市自发觉地面沉降开始，以沉降速率约3mm／α速度发展，到1978年，沉降加速，最大沉降速率达20～90mm／α，到1995年止，地面沉降量大于100mm面积已逾200km2，其中以南郊、东南郊、东郊最为严重，出现了七个较大沉降槽，最大沉降量905～2322mm不等，1993～1995年地面沉降速率为55～149mm／α，并有上升趋势。上述沉降槽均分布在地裂缝下降盘上，呈椭圆形，长轴呈群E向，与地裂缝相近。

在地铁施工中，应采取措施预防地面沉降带来不利影响，详细措施见下表：

40/6041/608.3南二环长安立交桥

区间隧道线在YDK16+610～+690段长80m，下穿南二环立交，隧道开挖拱顶距桥梁主跨基础底面为6.49m，该段隧道早期支护、二次衬砌均要进行加强。立交基础为扩大基础，并且距离隧道有一定距离，因此主要立足于洞内处理。主要目标是尽也许减少矿山法隧道施工引发地面沉降，以及减小地面沉降槽宽度，以保护立交桥使用安全。42/60洞内处理措施主要有：

1）加强超前支护，注浆加固围岩

2）缩短开挖进尺，加强各工序之间衔接管理，尽早封闭断面，及时形成封闭构造

3）加强早期支护

4）及时进行初支及二衬背后回填注浆处理，确保初衬与围岩、二衬与初衬密贴，减少地层变形危及地面建筑物安全。

5）根据测量监控数据，及时进行补充注浆；

6）设置超前地质钻孔，指导下步工序循环。

另外，除以上加强措施外，施工时加强监测，信息化施工，及时反馈信息修正设计,及时进行跟踪注浆等措施加固桥基

43/60洞外处理措施主要有：

双液注浆加固桥基土体，其施工为人工用重锤将φ60mm钢管敲击插入土层中然后对基底地基层进行定点注浆，从而达成对基层加固保护桥基目标。双液注浆保护注浆孔距50cm，桥基础两侧布置，钢管长度约7～8m，孔径φ=60mm成孔采取φ60mm厚壁无缝钢管人工锤击将钢管慢慢插入地层中。采取水泥—水玻璃双液注浆材料，注浆最大压力P=1Mpa。44/60◆施工方案简述◆工程重难点分析及对策◆区间隧道施工◆安全确保措施下篇施工组织设计45/60九、施工方案简述

本区间隧道采取浅埋暗挖法施工，从C站和X站对头掘进。施工项目部设于草场坡站，在C站设一工区。隧道内运输工具为农用车。区间隧道开挖进度为60m/月。施工时遵循“重视交通疏解，关注周围环境；重点工序突出，资源配套适用；风险安全可控，质量工期确保”基本标准进行施工组织安排。46/60十、工程重难点分析及对策10.1区间隧道穿越地裂缝施工是工程难点地裂缝是某市工程地质一种突出特点，在本区间存在2条地裂缝，分别是F6/F6’和F7。区间隧道在施工通过地裂缝段时，由于裂缝破碎带不能形成自然拱，开挖时容易发生拱部坍塌；初支完成后由于地基承载力不足，也许造成早期支护开裂，二衬防水层被破坏，砼构造由于垂直位移、水平张拉及扭动，使成型衬砌构造破坏。如何确保隧道开挖初支顺利通过地裂缝，确保二衬构造稳定和防水效果是工程难点。

47/60在地裂缝段施工时应采取对策是：

1）超前探测：在施工到地裂缝前，采取地质钻机或者洛阳铲对前方地层（10m长范围进行探测，根据探测到地形情况对施工方案进行调整。

2）超前支护：根据设计要求在F6/F6’段采取φ159管棚进行超前加固，同步配合小导管超前注浆加固地层；在F7段加强超前小导管注浆加固；拱墙配合设置砂浆锚杆。

3）加强监测

4）加强防水处理

5）针对地裂带土层涣散特点，选用二重管钻机垂直注浆，对地裂缝带基底土层进行注浆加固。48/6010.2区间隧道下穿现有建（构）筑物构造，确保施工安全及现有构造正常使用是重点和难点

本区间隧道另一种特点是隧道穿越现有建（构）筑物多，区间隧道要一次穿越南二环立交桥、环河盖板河、人行天桥和路边商铺等建筑物，在施工时，要确保这些建（构）筑物安全，必须控制地表沉降不大于30mm。这是施工难点。49/601）做好前期施工前调查

2）超前支护：预先控制开挖面前方土体变形，必要时采取长距离、大刚度大管棚作为超前支护主要伎俩，为避免大管棚之间土体及大管棚下方土体滑落，在大管棚间隙辅以小导管超前支护并注浆加固。

3）控制拱顶土体下沉：由于初支拱顶喷砼较厚（达300mm），为避免砼喷过厚因自重回落，在钢格栅架立完施喷前，用同标号砼垫块将拱部格栅拱架与土体之间及大管棚之间空隙垫实，然后施喷，并紧跟回填注浆。

50/604）控制拱脚下沉：施工时，不可避免地在拱脚处有浮碴或虚土，如处理不好，在上下半断面施工时，往往会造成上部构造下沉，为此在拱脚处打锁脚锚管，并注浆固结，同步为减小拱脚处压力，在下半断面封闭前，安设临时仰拱，增加受力面积，待下半断面封闭后拆除。

5）加强监控量测51/60十一、区间隧道施工区间隧道各断面形式、尺寸、采取施工办法和超前支护方式见下表：52/6011.1区间隧道超前支护

超前小导管注浆：超前小导管注浆加固地层技术，是通过沿隧道开挖轮廓线外纵向向前倾斜钻孔安设注浆管，并注入浆液，达成超前加固围岩目标，同步小导管还可起到超前管棚预支护作用。

53/60超前大管棚施工：大管棚超前支护是暗挖工程施工中常用超前支护伎俩；根据西安地质条件和设计要求，80m大管棚采取跟管导向钻进。12m～15m长大管棚采取非开挖施工技术“导向钻进+夯管锤夯进”施工大管棚。各管棚参数见下表：

54/60管棚在洞内施工时，需要提供管棚工作室。采取提